En el terreno acad\u00e9mico, han habido muchos estudios de los beneficios del uso de sistemas adaptativos e inteligentes y de c\u00f3mo maximizar el alcance de la tecnolog\u00eda con el uso de t\u00e9cnicas y algoritmos, algunos novedosos y otros largamente estudiados pero poco factibles con las capacidades de procesamiento disponibles anteriormente. Si bien es cierto que las capacidades de procesamiento, memoria y reducci\u00f3n de la latencia han mejorado enormemente hoy en d\u00eda, cabe recordar que todo se mueve acorde a una econom\u00eda de mercado y los precios dependen de la masificaci\u00f3n de la producci\u00f3n. Por otro lado, el crecimiento de la demanda de tr\u00e1fico actual ha resaltado la necesidad de densificar y optimizar m\u00e1s all\u00e1 de los que los sistemas actuales ofrecen, por lo que junto a la introducci\u00f3n de m\u00e1s ancho de banda, la disponibilidad de estos equipos m\u00e1s potentes y m\u00e1s inteligencia en las funciones de operaci\u00f3n son los factores clave para alcanzar los objetivos de esta 5ta Generaci\u00f3n. En este post introduciremos las innovaciones y tecnolog\u00edas claves que se prev\u00e9n utilizar en la comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica, y en la pr\u00f3xima entrega<\/strong> detallaremos la partes fundamentales de la arquitectura funcional, gesti\u00f3n de recursos, movilidad y control.<\/p>\n Las innovaciones principales en el \u00e1rea de comunicaciones inal\u00e1mbricas tienen que ver con una utilizaci\u00f3n m\u00e1s eficiente del espectro, para ello es necesario reducir el impacto de la interferencia de las transmisiones, incrementar el n\u00famero la densidad de informaci\u00f3n por unidad de tiempo e incrementar el porcentaje de fiabilidad al recibir y detectar las transmisiones. Adicionalmente el uso de frecuencias m\u00e1s altas del espectro (> 6 GHz) provee con retos t\u00e9cnicos que hacen necesario compensar las p\u00e9rdidas por la peor propagaci\u00f3n comparada con las frecuencias utilizadas por 4G (por ejemplo, LTE a 1.2 GHz) [3GPP_TR38900]<\/strong>. En este sentido si podemos llamara a una, \u201cla tecnolog\u00eda estrella de 5G\u201d, esta ser\u00eda sin lugar a dudas beamforming<\/em><\/strong> (conformaci\u00f3n de haz) [JAN_2016]<\/strong>. Adem\u00e1s de compensar por la p\u00e9rdida de intensidad de la se\u00f1al debido a la propagaci\u00f6n al enfocar la energ\u00eda con patr\u00f3n de radiaci\u00f3n que forma un haz dirigido. Este haz mantiene m\u00e1s efectivamente la intensidad de la se\u00f1al que una transmisi\u00f3n omnidireccional pero a diferencia de esta requiere que el haz sea proyectado en la direcci\u00f3n del punto de recepci\u00f3n. Para ello, el transmisor debe conocer la localizaci\u00f3n relativa del equipo receptor pues debido a las caracter\u00edsticas del haz, todo aquello fuera de su patr\u00f3n de radiaci\u00f3n recibe poco o ning\u00fan rastro de la se\u00f1al de transmission. Esta cualidad permite que en el caso de sistemas que puedan producir m\u00faltiples beams<\/em> (conformaciones de haz) simult\u00e1neos tienen en teor\u00eda la posibilidad de multiplexar el uso del espectro en el dominio espacial sin peligro de interferencia entre las transmisiones, lo cual es otra ventaja importante de estos esquemas. Aunque para ello hay que considerar los reflejos y refracciones inherentes al ambiente de propagaci\u00f3n, que podr\u00edan llegar a cambiar la trayectoria de parte o la totalidad del beam<\/em> transmitido causando posibles interferencias indeseadas. <\/p>\n Ejemplo de patr\u00f3n de irradiado de una transmisi\u00f3n de conformaci\u00f3n de haz (beamforming) y de una transmisi\u00f3n pr\u00e1cticamente omnidireccional ( a la derecha) utilizando una matriz de antenas de 8 elementos.<\/small><\/p>\n Otra tecnolog\u00eda que ya ha sido bastante utilizada por 4G, es la transmisi\u00f3n de m\u00faltiples canales o elementos de transmisi\u00f3n multiplexados gracias a la separaci\u00f3n espacial de las antenas transmisoras y receptoras, conocida como MIMO (Multiple Inputs Multiple Outputs)<\/strong>. Es de esperarse que MIMO se utilice con esquemas m\u00e1s avanzados para 5G en combinaci\u00f3n con las t\u00e9cnicas de beamforming<\/em> que permita transmisiones simult\u00e1neas a varios usuarios (MIMO Multi-Usuario), y sea usado con mayor vehemencia en frecuencias altas debido al supuesto de que el rango de cobertura ser\u00eda m\u00e1s corto que en sistemas de baja frecuencia. Ambas tecnolog\u00edas requieren de un n\u00famero sustancial de antenas disponibles en los dispositivos de comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica para hacer completo uso de sus posibilidades y de potentes unidades de procesamiento de se\u00f1ales de acuerdo al n\u00famero de beams<\/em> y de streams<\/em> (elementos de informaci\u00f3n transmitidos usando MIMO) que el dispositivo prev\u00e9 manejar.<\/p>\n Otras tecnolog\u00edas mencionadas para el desarrollo de la comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica de 5G son:<\/p>\n Nuevas esquemas de codificaci\u00f3n<\/strong>. La aparici\u00f3n de c\u00f3digos polares (polar codes) [ZHA_2016]<\/strong> y la posible extensi\u00f3n de c\u00f3digos de convoluci\u00f3n (convolutional codes) son ejemplos optimizaciones que buscan incrementar la eficiencia del espectro que actualmente proveen los turbo-c\u00f3digos (turbo codes), especialmente en casos donde la fiabilidad de las transmisiones deben ser maximizadas.<\/p>\n<\/li>\n MInimizaci\u00f3n del intervalo de transmisi\u00f3n<\/strong>. La reducci\u00f3n del intervalo de transmisi\u00f3n de los canales de transmisi\u00f3n de datos y de transmisi\u00f3n de se\u00f1ales de control tiene un impacto directo en la latencia total del sistema. El objetivo de 5G es de reducir la latencia total de la red de radio a un milisegundo, en contraste con los 4 – 30 milisegundos que provee 4G. Esta reducci\u00f3n requiere que se incremente la cantidad de frecuencia transmitida por unidad de tiempo para mantener una cobertura similar a la que provee 4G, lo que significa una modificaci\u00f3n en los tama\u00f1os de los bloques de recursos de transmisi\u00f3n (conocidos como PRE).<\/p>\n<\/li>\n Minimizaci\u00f3n del gasto energ\u00e9tico b\u00e1sico o suelo<\/strong>. Una de las \u00e1reas donde es posible mejorar enormemente con respecto a 4G es el gasto energ\u00e9tico de las transmisiones, especialmente de sistemas con poca o ninguna carga. Para ello, es necesario reducir la emisi\u00f3n de transmisiones de control mandatorias y la frecuencia de transmisi\u00f3n de se\u00f1ales tipo faro<\/em> que demarcan las \u00e1reas de cobertura de la red. Esto es posible con una combinaci\u00f3n de sistemas de gesti\u00f3n de movilidad inteligente y con el dise\u00f1o de un plano de control con muy pocas transmisiones obligatorias para la red o los terminales por intervalo de tiempo. Esta parte es complicada, pues esta reducci\u00f3n podr\u00eda implicar incremento en la latencia de conexi\u00f3n y registro en la red celular adem\u00e1s de la percepci\u00f3n de reducci\u00f3n de cobertura si las formas de se\u00f1alizaci\u00f3n actuales y gesti\u00f3n de registro no cambian.<\/p>\n<\/li>\n Conectividad m\u00faltiple<\/strong>. Es ampliamente reconocido que para lograr la ubicuidad requerida para 5G, no es suficiente depender de las redes inal\u00e1mbricas de \u00faltima generaci\u00f3n pero es necesario contar e integrar las de generaciones anteriores, especialmente las de 4G. Por ello, la industria acord\u00f3 en 3GPP como uno de los principios de dise\u00f1o la interoperaci\u00f3n y alta integraci\u00f3n de LTE con la nueva interfaz celular de radio para 5G (conocida hasta ahora como NR: New Radio<\/em>). Esto nos indica de que es necesario contar con la cobertura brindada por las generaciones anteriores para poder alcanzar el principio de conectividad deseado (todo conectado, en todo momento en todo lugar). El principio de alta integraci\u00f3n corresponde a la posibilidad de operar con accesos de radio de 5G y 4G simult\u00e1neamente o con posibilidad de conmutaci\u00f3n virtualmente inmediata (con una muy baja latencia de control) y virtualmente no interrupci\u00f3n en el plano de datos. Adicionalmente, y debido a las p\u00e9rdidas por propagaci\u00f3n en alta frecuencia, se ha visto necesario incluir la posibilidad de transmisiones redundantes desde diferentes puntos distribuidos espacialmente para evitar en lo m\u00e1s posible las degradaciones de se\u00f1ales debido al bloqueo de la l\u00ednea de vista de la se\u00f1al. Esta t\u00e9cnica ya est\u00e1 presente en las herramientas del est\u00e1ndar de 4G aunque limitado a solo dos puntos de transmission (DC – Dual Connectivity). La expectativa es de ampliar esta capacidad a m\u00faltiples puntos de transmisi\u00f3n e incluso en frecuencias diferentes (MC- Multi-Connectivity<\/strong>).<\/p>\n<\/li>\n TDD (Time Division Duplex) din\u00e1mico<\/strong>. La mayor\u00eda de las redes celulares en el mundo utilizan un sistema full duplex basado en FDD (Frequency Division Duplex) [DAHSTU_2017]<\/strong>. Debido a la desigualdad de tr\u00e1fico entre los dos canales de transmisi\u00f3n (Uplink\/Downlink), este sistema no usa de forma totalmente eficiente el espectro, puesto que la cantidad de informaci\u00f3n transmitida por el downlink<\/em> supera con creces la transmitida en el uplink<\/em>. El principal problema para el uso de sistemas TDD es que requieren un patr\u00f3n pre-acordado de transmisi\u00f3n, donde el sistema se turna en unidades de intervalos de transmisi\u00f3n (TTI – Time Transmission Interval) para transmitir downlink <\/em> y uplink<\/em>. Estos patrones son m\u00e1s bien est\u00e1ticos y actualmente no es posible actualizarlos en tiempo real. Adem\u00e1s no siempre la condici\u00f3n de desigualdad de tr\u00e1fico entre los dos canales se cumple en todo momento y muchas veces la calidad del servicio se puede ver afectada por la rigidez y lentitud para adaptaci\u00f3n del sistema de patrones TDD. Por ello se ha propuesto para 5G un sistema donde sea posible conmutar r\u00e1pidamente entre los dos canales utilizando se\u00f1alizaci\u00f3n m\u00ednima en tiempo real. Esto permitir\u00eda ajustar las transmisiones de acuerdo a la demanda del tr\u00e1fico y aumentar la eficiencia de uso del espectro. El reto m\u00e1s dif\u00edcil de resolver en cuanto al uso de esta t\u00e9cnica de duplex din\u00e1mico es la estimaci\u00f3n de la interferencia de transmisiones no locales. Puesto que las estaciones base tendr\u00edan dificultades determinando la direcci\u00f3n y tiempo en que un foco de interferencia aparecer\u00e1.<\/p>\n<\/li>\n Multi-hop o extensi\u00f3n de cobertura por esquemas de difusi\u00f3n m\u00faltiple<\/strong>. Muchas veces no es posible proveer de cableado a las estaciones base para enlazarlas a la red de conexi\u00f3n y transporte. Este problema es sobretodo tangible cuando el n\u00famero de estaciones base debe incrementarse, como es el caso de sistemas densos, como aquellos que se prev\u00e9n en altas frecuencias y para cobertura interior (de las edificaciones). Sumado a esto, est\u00e1 el caso de la falta de cobertura en los bordes o de bloqueos de la se\u00f1al e incluso de sistemas sirviendo a varios usuarios simult\u00e1neamente mientras el punto de transmisi\u00f3n se mueve en conjunto con los terminales (por ejemplo en un autob\u00fas o en un tren). Estos casos podr\u00edan servirse utilizando transmisiones con m\u00faltiples-saltos (multi-hop) donde el destino final de la transmisi\u00f3n no es necesariamente el receptor inmediato. Para hacer de esta t\u00e9cnica de difusi\u00f3n algo factible, debe permitir la posibilidad de repetici\u00f3n o m\u00e1s bien el relevo (relay<\/em>) de paquetes por los protocolos de transmisi\u00f3n y ruteo de la red celular des entre m\u00faltiples puntos intermedios hasta su destino. En LTE es posible establecer una estaci\u00f3n base de relevo (relay<\/em>) que permite el relevo de un paquete usando un \u201csalto\u201d . Para 5G existe la ambici\u00f3n de ampliar esta capacidad a m\u00faltiples saltos y simplificar el esquema de relevo.<\/p>\n<\/li>\n Dispositivo a dispositivo (Device-to-Device – D2D)<\/strong>. La transmisi\u00f3n de informaci\u00f3n sin utilizar una red centralizada, donde los nodos de conexi\u00f3n pueden tratar de acceder a otros nodos directamente en una red celular ha sido un tema de controversia y discusi\u00f3n en la industria desde pasadas generaciones. El principal argumento en contra de este tipo de comunicaci\u00f3n es la falta de inter\u00e9s comercial de implementar dicha funcionalidad y por tanto un caso de negocios y de uso que lo soporte. Hoy en d\u00eda, con la aparici\u00f3n del internet de las cosas, los problemas y retos producto de la limitaci\u00f3n de cobertura y la posibilidades de uso para situaciones de emergencia parece existir cierto consenso de la necesidad de proveer comunicaci\u00f3n directa entre dispositivos [ASA_2017]<\/strong>.Cabe destacar que esta funcionalidad ha sido parcialmente estandarizada en LTE, puesto que a\u00fan requiere que al menos uno de los pares terminales mantenga comunicaci\u00f3n con una estaci\u00f3n base de la red. <\/p>\n<\/li>\n Adaptaci\u00f3n y gesti\u00f3n avanzada de recursos de transmisi\u00f3n<\/strong>. La partici\u00f3n din\u00e1mica del espectro en recursos de transmisi\u00f3n (de acuerdo a OFDMA) de acuerdo a las necesidades resultantes del nivel de calidad de servicio que debe proveerse, la intensidad y el tipo de tr\u00e1fico existente tomando en cuenta los ahorros de energ\u00eda y la maximizaci\u00f3n de la capacidad y el rendimiento del sistema es una de las tareas m\u00e1s complicada de un sistema de gesti\u00f3n de comunicaciones inal\u00e1mbricas. De hecho, son este tipo de sistemas lo que proveen la principal diferenciaci\u00f3n entre los fabricantes de equipos de redes celulares. El uso de diferentes bandas y carriers<\/em> (portadoras) con caracter\u00edsticas de propagaci\u00f3n y numerolog\u00edas diferentes, el uso de duplicaci\u00f3n de transmisiones y de paquetes para maximizar la fiabilidad del sistema, la reserva de recursos de transmisi\u00f3n para servicios que requieren latencia m\u00ednima, y la selecci\u00f3n de puntos de transmisi\u00f3n y esquemas de beamforming<\/em> y MIMO<\/em>, entre otros, conlleva la toma de decisiones complicadas. Adicionalmente existe la posibilidad de utilizar exempto de licencia<\/strong> para maximizar la capacidad y rendimiento del sistema tanto con sistemas inal\u00e1mbricos totalmente diferentes (como el caso de WiFi) o con versiones especiales de los carriers celulares (por ejemplo MuLTEFire, LAA-Licensed Assisted Access for LTE, y NR-Unlicensed). La utilizaci\u00f3n de algoritmos inteligentes de gesti\u00f3n de recursos tienen un impacto directo en indicadores claves (KPI) que son medidos y monitoreados minuciosamente por los operadores de las redes. La introducci\u00f3n de m\u00faltiples casos de uso con diferentes KPIs complican este apartado incluso m\u00e1s que lo existente para 4G debido a la naturaleza contraria de algunos de los requerimientos de los caso de uso. Es de entreverse el uso de inteligencia artificial para el manejo y optimizaci\u00f3n de los recursos de transmisi\u00f3n de forma que puedan maximizar el cumplimiento de los requerimientos basados en el tr\u00e1fico manejado en tiempo real en contraste con la m\u00e1s est\u00e1ticas optimizaciones que se ven hoy en d\u00eda en las redes comerciales.<\/p>\n<\/li>\n Total compatibilidad futura<\/strong>. Finalmente la industria se ha comprometido en crear una interfaz de transmisi\u00f3n que sea compatible con un sistema que a\u00fan no ha sido vislumbrado [TUL_2016]<\/strong>. B\u00e1sicamente se espera que la estandarizaci\u00f3n de la interfaz sea lo suficientemente abierta y flexible para que nuevas funciones, configuraciones y se\u00f1ales puedan ser incorporadas y puedan coexistir con las versiones m\u00e1s antiguas de la interfaz sin problemas. <\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n Estos son las tecnolog\u00edas que nuestros editores juzgan m\u00e1s relevantes y prometedoras para ser incorporadas en las interfaces de comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica de 5G. En nuestra pr\u00f3xima entrega, nos enfocaremos en los aspectos de la arquitectura y gesti\u00f3n de la red de conexi\u00f3n y transporte y de los aspectos de aplicaciones y servicios. Exhortamos a nuestros lectores a dejar sus comentarios sobre nuestra selecci\u00f3n de tecnolog\u00edas y sugerir adiciones y punteros a informaci\u00f3n relevante si as\u00ed lo ven conveniente.<\/p>\n <\/p>\n [DAH_2013]<\/strong> Dahlman, Erik, Stefan Parkvall, and Johan Skold. 4G: LTE\/LTE-advanced for mobile broadband. Academic press, 2013.<\/p>\n [3GPP_TR38900]<\/strong> 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network, “Study on channel model for frequency spectrum above 6 GHz”, Technical Report 38.900. Dic. 2016.<\/p>\n [JAN_2016]<\/strong> J. Jang et al., “Smart Small Cell with Hybrid Beamforming for 5G: Theoretical Feasibility and Prototype Results,” in IEEE Wireless Communications, vol. 23, no. 6, pp. 124-131, December 2016.<\/p>\n [ZHA_2016]<\/strong> B. Zhang et al., “A 5G Trial of Polar Code,” 2016 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps), Washington, DC, 2016, pp. 1-6.<\/p>\n [DAHSTU_2017]<\/strong> St\u00fcber, Gordon L. Principles of mobile communication. Springer, 2017.<\/p>\n [ASA_2017]<\/strong> A. Asadi and V. Mancuso, “Network-Assisted Outband D2D-Clustering in 5G Cellular Networks: Theory and Practice,” in IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 16, no. 8, pp. 2246-2259, Aug. 1 2017.<\/p>\n [TUL_2016]<\/strong> H. Tullberg et al., “The METIS 5G System Concept: Meeting the 5G Requirements,” in IEEE Communications Magazine, vol. 54, no. 12, pp. 132-139, December 2016.<\/p>\n <\/small><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Una mirada a la tecnolog\u00eda detr\u00e1s de 5G. 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Referencias <\/h3>\n